地鐵車站超深基坑圍護結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測結(jié)果分析

楊春柳

(上海匯谷巖土工程技術(shù)有限公司，上海 201108)

0　引言

軌道交通作為地下空間開發(fā)利用的主要途徑之一，應(yīng)用最廣泛、投資最多。地鐵運營網(wǎng)絡(luò)快速形成的過程中，淺層空間被其他地下工程占用，后續(xù)建設(shè)的地鐵深度則越來越深，意味著后續(xù)深基坑、超深基坑會不斷出現(xiàn)(一般而言，超過20 m的基坑劃分為超深基坑[1])，與此同時受規(guī)劃和商業(yè)開發(fā)的影響，涉及地鐵建設(shè)的基坑面積也越來越大。

由于基坑工程受自然條件和周圍環(huán)境影響較大，軌道交通領(lǐng)域的基坑工程呈現(xiàn)“深、大、近、緊、難、險”等突出特征。以上海為例，上海中心大廈開挖深度平均達(dá)到31.3 m，會德豐廣場、淮海中路3號地塊、13號線南京西路站等基坑開挖深度均超過20 m。

實際工程研究方面，廖少明等[2]以蘇州現(xiàn)代傳媒廣場大尺度深基坑為工程背景,總結(jié)了地鐵車站基坑連續(xù)墻最大水平位移值平均值為0.2%He，立柱隆起值(δcu)分別為(0.10%～0.23%)He；王旭軍[3]以上海中心大廈基坑為例，在不考慮圓形地連墻受偏載作用時，土體采用修正劍橋粘土本構(gòu)模型，土體計算參數(shù)宜采用有效應(yīng)力指標(biāo)，并同時考慮地下水位的作用，結(jié)果表明墻體變形隨基坑開挖寬度增大而增大，但最終趨于收斂。賀煒等[4]根據(jù)工程實測結(jié)果，從支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力、地下連續(xù)墻側(cè)向位移、周邊地表沉降及原有橋梁變位規(guī)律等方面，分析了基坑開挖本身的安全及對周邊環(huán)境的影響。江曉峰等[5]根據(jù)多個上海軟土地區(qū)19 m以深超深基坑數(shù)據(jù)庫，從基坑圍護結(jié)構(gòu)水平位移和墻后地表沉降兩個方面進行了統(tǒng)計研究。

鑒于上述學(xué)者的研究方向和超深基坑工程研究中存在理論與實踐脫節(jié)的問題[5-15]，研究和總結(jié)超深基坑開挖過程中圍護結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律，可以加深對超深基坑開挖造成影響的認(rèn)識和理解，提前做好組織方案，避免不必要的安全事故。

1　工程概況

上海軌道交通18號線楊高中路車站位于楊高中路、民生路路口南側(cè)，為地下3層島式車站，與既有9號線“T”字通道換乘，9號線為地下2層。車站東側(cè)為證大五道口廣場、聯(lián)洋花園等，西側(cè)為浦東出入境檢驗檢疫局、企業(yè)辦公樓等。

車站站內(nèi)凈尺寸為161.8 m(長)×19.85 m(寬)，站臺寬度12 m，地下一層為站廳層，地下二層為設(shè)備層，地下三層為站臺層。與已建的9號線楊高中路站“T”字通道換乘，車站標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度約為25.17 m，頂板覆土厚3.058～3.382 m，本工程基坑采用明挖順筑法施工，基坑圍護結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段采用1000 mm厚地下連續(xù)墻，端頭井采用1200 mm地下連續(xù)墻，豎向設(shè)置第一、四道混凝土支撐+5道鋼支撐，鋼支撐尺寸為?609 mm，t=16 mm。車站結(jié)構(gòu)包括的單位工程有車站主體基坑和附屬工程。

附屬結(jié)構(gòu)一號風(fēng)亭4號出入口為地下2層結(jié)構(gòu)，開挖深度18.35 m；2號風(fēng)亭5號A出入口為地下2層結(jié)構(gòu)，開挖深度約10.46 m，6號出入口為地下2層結(jié)構(gòu)，開挖深度約12.35 m，8號出入口，連接佳兆地產(chǎn)建筑區(qū)域，開挖深度為10.57 m，附屬基坑圍護結(jié)構(gòu)根據(jù)基坑深度采用800 mm地連墻、?800@950 mm鉆孔灌注樁圍護，豎向采用1道混凝土支撐加若干道鋼支撐體系。

2　監(jiān)測方案

為全面掌握施工中基坑自身變形及對周邊環(huán)境的影響，對本車站基坑編制了詳細(xì)的檢測方案，本文主要分析研究對象包括圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移、墻后地表沉降、立柱樁垂直位移、周邊管線沉降等，測點布置如圖1所示。其中，地下連續(xù)墻共安裝30個測斜孔，分別為CX1～CX30，附加墻頂水平、垂直監(jiān)測點S1～S30/C1～C30；坑周地表沉降監(jiān)測點58個，分別為DB1～DB58；地表斷面沉降點12組，分別為B1-1～B12-6；立柱樁豎向位移監(jiān)測共設(shè)10個測點，分別為L1～L10；基坑本體監(jiān)測點布置圖見圖1。

圖1基坑本體測點布置

3　實測結(jié)果分析

3.1　施工步驟節(jié)點

為方便后續(xù)數(shù)據(jù)分析介紹，現(xiàn)將基坑施工主要節(jié)點匯總?cè)缦?，見?。

3.2　圍護體墻頂水平位移數(shù)據(jù)分析

自2017年7月27日第二層土開挖開始至2017年11月21日大底板完成期間，圍護體墻頂水平位移變化情況見圖2。

由圖2可見，基坑從2017年7月27日開挖開始，隨著施工的進行，墻頂水平位移變形趨勢較為明顯，當(dāng)基坑開挖至設(shè)計標(biāo)高后，變化趨于穩(wěn)定。東側(cè)墻頂整體向基坑內(nèi)位移(累計變化量為正)，平均累計變化量約為2.96 mm，西側(cè)墻頂整體向基坑外位移(累計變化量為負(fù))，平均累計變化量約為-4.27 mm，西側(cè)墻體水平位移量普遍大于東側(cè)墻體水平位移量。由于地連墻底部發(fā)生踢腳現(xiàn)象，導(dǎo)致首道支撐呈現(xiàn)受拉狀態(tài)，和軸力測試結(jié)果相互印證一致，這種現(xiàn)象在超深基坑監(jiān)測結(jié)果中較少出現(xiàn)，這從側(cè)面說明基坑首道支撐采用砼支撐的必要。

表1　基坑開挖施工主要工序時間節(jié)點匯總

3.3　圍護體深層水平位移數(shù)據(jù)分析

自2017年7月27日第二層土開挖開始至2017年11月21日大底板完成期間，圍護體深層水平位移變化量較為明顯。限于篇幅，此處選取基坑?xùn)|西兩側(cè)中部測點(東側(cè)CX25，西側(cè)CX10)進行分析。變形情況見圖3、圖4。

由圖3、圖4可見，基坑從開挖開始，隨著施工的進行，深層水平位移變形量較為明顯，變形最大點隨著開挖深度的增加而逐漸向下移動，開挖至設(shè)計標(biāo)高時，地連墻變形最大處穩(wěn)定在接近底板位置以上附近，深度為0.93～1.07倍開挖深度。變形較大的測點主要位于基坑西側(cè)標(biāo)準(zhǔn)段，基坑?xùn)|側(cè)地連墻變形量較基坑西側(cè)偏小，端頭井地連墻變形最小，平均變形量約為開挖深度的1.79‰。變形最大的測點為CX10，累計變化最大量達(dá)到83.47 mm，約為開挖深度的3.3‰。監(jiān)測結(jié)果還可以看出長方形基坑長邊中部變形量最大，由中間向兩側(cè)端頭井方向變形量逐步減小。由此可見地鐵超深基坑采用設(shè)置中隔墻、分區(qū)分層挖土、支撐及時到位等措施可有效控制超深基坑的累計變形量。

圖2圍護體墻頂水平位移變化曲線

圖3　圍護體深層水平位移變化曲線(西側(cè)CX10)

圖4圍護體深層水平位移變化曲線(東側(cè)CX25)

3.4　圍護體墻頂垂直位移數(shù)據(jù)分析

自2017年7月27日第二層土開挖開始至2017年11月21日大底板完成期間，圍護體墻頂垂直位移變化情況見圖5。

圖5圍護體墻頂垂直位移變化曲線

由圖5可見，基坑從開挖開始，墻頂呈現(xiàn)隆起狀態(tài)。當(dāng)?shù)诹鶎油灵_始出土?xí)r，降水井開始啟動運行，墻頂隆起趨緩，進而呈現(xiàn)墻頂沉降；當(dāng)?shù)谄?、八層土開始開挖時，由于上覆土的卸載量較大，墻頂隆起趨勢恢復(fù)，大底板施工完成后，隆起趨勢停止，隨著主體結(jié)構(gòu)的施工，墻頂轉(zhuǎn)為沉降狀態(tài)?；訃o墻頂垂直位移隆起量較為同步。平均累計隆起量約為13.14 mm，約為開挖深度的0.52‰。

3.5　立柱樁垂直位移數(shù)據(jù)分析

自2017年7月27日第二層土開挖開始至2017年11月21日大底板完成期間，立柱樁垂直位移變化情況見圖6。

圖6立柱樁垂直位移變化曲線

由圖6可見，基坑從開挖開始，由于土體的大量、快速卸載，立柱樁呈現(xiàn)明顯隆起狀態(tài)。與前述圍護體墻頂變形趨勢一致。當(dāng)?shù)诹鶎油灵_始出土?xí)r，降水井開始啟動運行，立柱樁隆起趨緩，進而呈現(xiàn)沉降趨勢；當(dāng)?shù)谄?、八層土開始開挖時，由于上覆土的卸載量較大，墻頂隆起趨勢恢復(fù)明顯，大底板施工完成后，隆起趨勢停止，隨著主體結(jié)構(gòu)的施工，墻頂轉(zhuǎn)為沉降狀態(tài)?；訃o標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)立柱樁垂直位移隆起量較為同步，端頭井范圍內(nèi)測點隆起量明顯偏小(測點L9、L10)，上抬量為標(biāo)準(zhǔn)段范圍內(nèi)測點的35%左右。平均累計隆起量約為23.02 mm，約為開挖深度的0.91‰。

4　結(jié)論

前文以地鐵車站超深基坑為工程背景，分析了其圍護結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測結(jié)果，得出以下結(jié)論。

(1)本工程超深基坑圍護體墻頂水平位移量數(shù)值較小，東側(cè)墻頂整體向基坑內(nèi)位移(累計變化量為正)，平均累計變化量約為2.96 mm，西側(cè)墻頂整體向基坑外位移(累計變化量為負(fù))，平均累計變化量約為-4.27 mm，變形趨勢與支撐軸力監(jiān)測結(jié)果一致。圍護體墻頂垂直位移隆起量較為同步，平均累計隆起量約為13.14 mm，約為開挖深度的0.52‰。

(2)由于圍護體出現(xiàn)踢腳現(xiàn)象，導(dǎo)致首道支撐呈現(xiàn)受拉特征，間接表明首道支撐采用砼支撐的必要性。另外一方面也表明，適當(dāng)增加圍護結(jié)構(gòu)的插入比，減小由于圍護體變形過大造成周邊地表和管線的過大沉降量。

(3)地連墻變形最大處穩(wěn)定在底板位置以上附近，深度為0.93～1.07倍開挖深度，平均變形量約為開挖深度的1.79‰。變形最大的測點為CX10，累計變化最大量達(dá)到83.47 mm，約為開挖深度的3.3‰。長方形基坑長邊中部變形量最大，由中間向兩側(cè)端頭井方向變形量逐步減小。由此可見地鐵超深基坑采用設(shè)置中隔墻、分區(qū)分層挖土、支撐及時到位等措施，積極利用好“時空效應(yīng)”特征，可有效控制超深基坑的累計變形量。

(4)基坑圍護標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)立柱樁垂直位移隆起量較為同步，端頭井范圍內(nèi)測點隆起量明顯偏小，上抬量為標(biāo)準(zhǔn)段范圍內(nèi)測點的35%左右。平均累計隆起量約為23.02 mm，約為開挖深度的0.91‰。由于立柱樁本身重力及樁底埋深與地下連續(xù)墻相比明顯偏小，故立柱樁隆起量約為圍護體隆起量的1.75倍。